|
Buxoro davlat universiteti fizika-matematika fakulteti
|
| bet | 4/11 | | Sana | 01.03.2023 | | Hajmi | 385.64 Kb. | | #43852 |
Bog'liq Adolat kurs ishi Amir Temurning o’z davlat chegaralarini kengaytirish uchun olib 3, img20221020 10154348, test juda kich — копия, 16-dars, Davlat-ramzlari, HUSNIDDIN, 2 5287436244131775076, Abdiyxamidova Soniya, Barotova M kurs ishi (1), Davlatova kurs ishi, GULMIRA kurs ishi, Gʻaybullayeva Kamola kurs ishi, DILFUZA, 17.04Ilmiy yangiligi: Yarim o`tkazgichlarni taqiqlangan sohasida bir yoki ikkita energetik sathlar hosil qilish, ularni invers to`ldirilganlik asosida lazer nurlanishlarni olish hozirgi zamon yarim o`tkazgichli lazerlar olishni asosini tashkil qiladi. Hosil qilingan nurlanishlarni kogerentligini, to`lqin uzunligini boshqarish uchun ana shu energetik sathlarni joylanishi va to`ldirilganlik darajalari berilgan miqdorda joylashtirish talab qilinadi. Mana shu jarayonlarni qo`yilgan vazifaga mos holda tanlab olish lazer parametrlarini belgilaydi.
Tadqiqot metodlari va farazi: ishining metod va gipotezasi:
Optik kvant generatorlarining ishlash prinsipi;
mikro- va nanotuzilmali yarimo`tkazgichlarning optik xossalarini hamda ularda namoyon bo`luvchi jarayonlarni o`rganishdan iborat.
Muammoning o`rganilganlik darajasi: Hozirgi kunda lazerlar texnologiyasi, fizikasi, ularning qo`llanilishi keng o`rganilib kelinayotgan sohalardan biri hisoblanadi. Bunday tadqiqotlarni olib borish, ular yordamida mikro va nanoo`lchamdagi yarimo`tkazgichlarning xossalarini aniqlash, ulardan samarali foydalanish uchun ishlab chiqish usullari zamonaviy nanofizika, nanoelektronika, nanotexnologiyalar rivojlanishida asosiy omillar hisoblanadi.
Tadqiqot natijalarining nazariy va amaliy ahamiyati. Ushbu Kurs ishi yuqoridagi muammolarni tahlil etish, yarimo`tkazgichli lazerlarni takomillashtirish va parametrlarini yaxshilash uchun tavsiyalar ishlab chiqishga bag’ishlanadi..
I BOB OPTIK KVANT GENERATORLARI-LAZERLAR
ZERLLAARNING YARATILISHIGA OLIB KELGAN FUNDAMENTAL EFFEKTLAR
Lazer- yo’nalganligi yuqori darajada bo’lgan monoxromatik kogerent yorug’lik manbai bo’lib, majburiy nurlanish tufayli yorug’likning kuchayishi ma’nosini anglatadi. Lazerning ta’sirini belgilaydigan asosiy fizik jarayon - nurlanishning majburiy chiqishi bo’lib, u foton energiyasi atom (yoki molekula) ning uyg’onish energiyasi bilan mos tushganda, foton uyg’ongan atom bilan o’zaro ta’sirlashganda yuz beradi. Bunday o’zaro ta’sir natijasida uyg’ongan atom uyg’onmagan holatga o’tadi, ortiqcha energiya esa yangi foton tarzida nurlanadi; bu yangi fotonning energiyasi, qutblanish va tarqalish yo’nalishi xuddi birlamchi fotonnikidek bo’ladi. Shunday qilib, uyg’ongan atomlar tomonidan fotonlarning majburiy chiqishidan tashqari, uyg’ongan atomlar uyg’onmagan atomlarga o’tganda fotonlarning o’z-o’zicha, spontan chiqish jarayoni hamda atomlar uyg’onmagan holatdan uyg’ongan holatga o’tganida fotonlarning yutilish jarayoni yuz beradi. Agar uyg’ongan atomlarning soni katta va sathlarning invers joylashishi mavjud bo’lsa, spontan nurlanishda paydo bo’lgan birinchi foton borgan sari kuchayib boradigan o’ziga o’xshash quyunlarni hosil qiladi va spontan nurlanishning kuchayishi yuz beradi.
Qudratli lazer texnologiyasi mashinasozlikda, avtomobil sanoatida, qurilish materiallari sanoatida qo’llaniladi. U materiallarga ishlov berish sifatini oshiribgina qolmay, ishlab chiqarish jarayonlarining texnik-iqtisodiy ko’rsatkichlarini ham yaxshilaydi. Bundan ham quvvatliroq lazer texnikasi rivojlanishi bilan lazer nurlanish energiyasi an’anaviy energiya turlari (elektr tok energiyasi, mexanik energiya, ximiyaviy jarayonlar energiyasi) bilan bir qatorda xalq xo’jaligida borgan sari keng qo’llanilmoqda.
Bu yerda nochiziqli tebranishlarning, xususan, lazerlarning paydo bo’lish jarayonlarida muxim ahamiyatga ega bo’lgan noizoxronlik va angarmoniklik kabi fundamental effektlar haqida so’z boradi. Noizoxronlik deb tebranayotgan sistema tebranish davrining amplitudaga bog’liqligiga aytiladi. Angarmoniklik esa tebranishlarning sinus yoki kosinus qonunlaridan chetlashishidir.
Elektronning ko’ndalang magnit maydonidagi harakatini ko’rib chiqamiz. Ma’lumki, elektron bunday maydonda aylanma harakat qiladi va harakat qonuni
mv2/r=eBv (1.1.1)
tengama orqali aniqlanadi, bu yerda v-elektron tezligi, r-aylana radiusi, B- magnit maydon induktsiyasi, m va e – elektron massasi va zaryadi. Relyativistik effektlarni hisobga olsak, massa m=m0/ qonun bo’yicha o’zgaradi.
v=2r/T (1.1.2)
munosabatni hisobga olgan holda tebranish davri uchun
T= (1.1.3)
ifodani hosil qilamiz. Bu ifodadan ko’rinib turibdiki, tebranish davri amplituda (aylanish radiusi) ortishi bilan ortib boradi, ya’ni harakat noizoxron.
Endi aylana tekisligi bo’ylab yuqori chastotali elektr maydoni kiritamiz:
1.1.1-rasm.
Elektronar A nuqtadan o’tayotganda harakat yo’nalishi elektr maydon yo’nalishi bilan mos tushgani uchun tormozlanadi, V nuqtada esa harakat yo’nalishi elektr maydon yo’nalishi bilan qaram qarshi bo’lganligi uchun tezlashadi. Natijada elektronlar ikkita guruhga ajraladi. yetarli energiyaga ega bo’lgan elektronlar keskin tormozlanganda o’z energiyalarini tashqi muxitga uzatadi, ya’ni lazer nuri hosil bo’ladi.
Ma’lumki, garmonik tebranma harakat qilayotgan sistema
x’’+2x=0 (1.1.4)
tenglamaga bo’ysunadi va uning koordinatasi
x=Asin(t+0) (1.1.5)
qonun bo’yicha o’zgaradi, bu yerda A- tebranish amplitudasi, - tsiklik chastota, 0- boshlang’ich faza. (1.1.4) va (1.1.5) qonunlarga bo’ysinuvchi tebranishlar garmonik tebranishlar, ulardan chetlashishlar esa angarmoniklik deyiladi.
Har qanday davriy funksiya quyidagi Fure qatoriga yoyilish mumkin:
x(t)=A0+Ancos(nt+n) (1.1.6)
Bu yerdagi birinchi had o’zgarmas tashkil etuvchi deyiladi, koordinatalar boshini mos tanlab bu hadni yo’qotish mumkin. Yig’indidagi birinchi had asosiy garmonika, keyingi hadlar esa mos holda ikkinchi, uchinchi va hakazo garmonikalar deyiladi. Odatda asosiy garmonikaning amplitudasi eng katta bo’ladi. Angarmoniklikni miqdoriy baholash uchun nochiziqlilik koeffitsiyenti deb nomlanuvchi
= (1.1.7)
kattalikdan foydalaniladi. nolga teng bo’lsa, tebranish garmonik, aks holda angarmonik bo’ladi.
Faraz qilayik, nochiziqli elementga garmonik signal (1.1.5) berilayotgan va chiqish signali kirish signali bilan
y=a1x++a2x2+a3x3 (1.1.8)
ko’rinishda bog’langan bo’lsin. (1.1.5) ifodani (1.1.8) ga qo’yamiz va ma’lum
sin2=1/2+1/2sin(2-/2), (1.1.9)
sin3=3/4sn-1/4sin3, (1.1.10)
trigonometrik munosabatlarni e’tiborga olgan holda u uchun quyidagi ifodani hosil qilamiz:
y=a2A2+(a1A+3/4a3A3)sn(t+)+1/2a2A2sin(2t+2-
-/2)+3/4sin(3t+3+)+… (1.1.11)
Bu ifodadan ko’rinib turibdiki, kvadratik had chiqish signalida domiy tashkil etuvchi hamda ikkilangan signal hosil bo’lishiga olib keladi. Kubik had esa kiruvchi signal amplitudasining ortishiga va uchlangan signal hosil bo’lishiga olib keladi. SHuningdek, kvadratik had kiruvchi signal kvadratiga, kubik had esa kubiga proportsinal bo’ladi.
Agar yetarli intensivlikka ega bo’lgan infra qizil diapazondagi elektromagnit nurlanish (2.81014 Gts) niobat bariy kristalidan o’tkazilsa, chiqishda 5.61014 Gts chastotali ko’zga ko’rinuvchi yashil nur hosil bo’ladi. Bu chastota kirish signali chastotasidan ikki marta katta bo’lib, yuqoridagi mulohazalarning to’g’riligini tasdiqlaydi.
Uchtadan ortiq dinamik o’zgaruvchilarga ega bo’lgan nochiziqli sistemalarda bir biriga yaqin boshlang’ich shartli ikkita harakat bir biridan uzoqlashib boradi va ma’lum vaqtdan keyin ular umuman turlicha harakatlanadi. Agar barcha fazoviy traektoriyalar shunday xossaga ega bo’lsa, ular dinamik xaos namoyon qiladi. Bu tasodifiy jarayonga o’xshash rejim bo’lib, dissipativ sistemalarda fazoviy fazoda attraktorlar hosil qiladi va barcha traektoriyalarni o’ziga tortib oladi.
Dinamik xaosga misol sifatida halqasimon trubada suyuqlik konvektsiyasini misol qilish mumkin (1.1.2-rasm). Trubaning pastki qismi qizdiriladi, yuqorisi esa sovuq xolda ushlab turiladi. Natijada suyuqlikning pastki qismi yuqoriga, yuqori qismi pastga harakatlanadi. Suyuqlikning harakati Lorents tenglamalari orqali tavsiflanadi:
x’=(x-y),
y’=rx-y-xz,
z’=-bz+xy, (1.1.12)
bu yerda x’- suyuqlikning oqim tezligi;, y- va z – trubaning o’ng va quyi qismlarida temperaturaning o’rtacha qiymatdan og’ishi; b- geometrik parametr bo’lib, aylana uchun 1 ga teng; - qovushqoqlik va issiqlik o’tkazuvchanlik koeffitsiyentlari nisbati; r – isitilish darajasi.
1.1.2-rasm.
Bizning misolda =10, b=8/3, r=28. Agar bu qiymatlarni yuqoridagi (1.1.12) tenglamalarga qo’yib, ularni kompyuterda yechsak, x, y, z kattaliklarning vaqtga bog’lanishi uchun 1.1.3-rasmda ko’rsatilgan grafiklar hosil bo’ladi. Grafiklardan ko’rinib turibdiki, x, y, z kattaliklarda statsionar yoki davriylik kuzatilmaydi, lekin ular kvadratlarining o’rtachalari 2>, 2>, 2> statsionar bo’ladi. Agar x, y, z kattaliklarni bitta koordinatalar sistemasida ifodalasak, 1.1.4-rasmdagi grafik hosil bo’ladi.
1.1.3-rasm.
1.1.4-rasm.
Shunday qilib, nochiziqli tebranishlarning, xususan, lazerlarning paydo bo’lish jarayonlarida noizoxronlik, angarmoniklik va dinamik xaos kabi fundamental effektlar muxim ahamiyatga ega ekan
1.2 OPTIK KVANT GENERATORLARINING ISHLASH PRINSIPI Energetik sathlari invers ravishda bandlangan muhitning yorug`likni kogorent kuchaytirishi bunday nuhitdan monoxromatik nurlanishning yo`naltirilgan oqimi uchun foydalanish imkoniyatini belgilab beradi. Optik kvant generatoriningishini bayon qilishga o`tishdan oldin bu nomning na’nosi to`g`risida izoh beramiz.Aktifv muhitda yo`naltirilgan nurlanish oqimi hosil qilish uchun atomlar yoki molekulalarning, energiyaning mumkun bo`lgan qiymatlarining diskret to`plamiga ega bo`lgan va energiya kvantlari –fotonlar chiqaradigan kivant sistemalarining nurlanish proseslaridan foydalaniladi.Bu hol qo`llanilayotgan ‘optik kvant generator’ yoki qisqacha OKG degan terminning maqsadga muvofiqligini belgilaydi .O`tkazuvchanlik elektironlaring harakati qo`llaniladigan va nurlanish chastotalari past bo`lgan radiotexnik lampali generatorlardan kvant effektlar muhim ro`l o`ynaydi va bu generatorlarda bo`layotgan hodisalarning ko`chiligini klassik nuqtai nazardan tafsiflash mumkin . Kirishiga elektromagnit nurlanish beriladigan va uni kuchaytiradigan optik kuchaytirgichlardan farqli o’laroq optik kvant generator radiochastotalar diapazonidagi avtogeneratorlar kabi optik diapazondagi kogerent elektramagnit nurlanishlarni hosil qiladi. Shuning uchun optik kvant generator yoki lazer musbat teskari bog’lanishli qurilma bo’lib majburiy nurlanishlar kogerent kuchaytirish orqali elektromagnit nurlanishni hosil qiladi.
Elektromagnit nurlanishni olish uchun faol muhit yoki optik kuchaytirgich optik rezonator ichiga joylashtiriladi va unda faol muhit parametrlaridan kelib chiqqan holda turg’un elektromagnit to’lqinlar hosil qilinadi. Kuchaytiruvchi faol muhit va optik rezonatordan iborat bo’lgan lazerning chizmasi 1.2.1-rasmda berilgan.
Invers bandlikga ega ishchi 1 muhit undan o’tayotgan elektromagnit nurlanishni majburiy nurlanish hisobiga kuchay-tiradi. Ikki o’zora parallel joylashgan biri to’la qaytaruvchi 2 biri esa yassi va qisman o’tkazuv koeffisiyentiga ega ko’zgulardan 3 iborat optik rezonator ichida nurlanish chastotalari kuchaytirish chizig’i kengligi ichida yotuvchi. elektromagnit to’lqinni hosil qiladi. Uning bir qismini chiqish ko’zgusi (3) orqali tashqariga chiqariladi.
Uzunligi Lf parametrlari K0 It bo’lgan faol muhit ko’zgularining orali tik rezonator ichiga joylash-tirilgan bo’lsin.
Lazerdagi generatsiyaning manbai bo’lib, g’alayonlantirilgan faol zarraning spontan nurlanishi xizmat qiladi. Spontan nurlanish faol muhit bo’ylab tarqalganda, g’alayonlantirilgan zarralar bilan ta’sirlashishi natijasida ularni majburiy (kogerent) nurlanish berdiradi va bu jarayonda elektromagnit nurlanishning kogerent kuchaytirilishi ro’y beradi. Chegaralangan o’lchamga ega faol muhit va optik rezonator ko’zgulari oralig’ida optik o’q bo’ylab tarqalayotgan nurlanishlar maksimal darajada kuchaytiriladi. Bu holda, elektromagnit nurlanishning faol muhitni bir marta o’tishidagi kuchayishi
1.2.1-rasm. Optik kvant generator-lazerning prinsipal chizmasi.
e2K0Lf ni tashkil etadi va bu kuchayish chiqish koeffisiyenti bo’lgan ko’zgudagi hamda optik rezonator ichidagi yo’qotishlardan katta bo’lsa, optik rezonator ichida elektromagnit maydonning tebra-nishlari paydo bo’lib, turg’un holat vujudga keladi. Bu holdagi Kch kuchaytirish koeffisiyenti chegaraviy kuchaytirish koeffisiyenti deyiladi va u quyidagi
e2KrLf(1-)(1-)1 (1.2.1)
munosabat bilan aniqlanadi. Uning qiymati 1 shart bajarilganda
Kch (1.2.2)
miqdorga teng bo’ladi.
Bu yerda shuni ta’kidlash lozimki, chegaraviy KCh kuchaytirish koeffisiyenti, faol muhitning kuchaytirishni xarakterlovchi K0 koeffisiyentdan farqli o’laroq, real holatdan kelib chiqqan holda turg’un generatsiya shartlarini belgilaydi va optik rezanatorning xarakteristikasi bo’lib xizmat qiladi.
Shunday qilib, faol muhitning kuchaytirish koeffisiyenti K0 chegaraviy kuchaytirish KCh koeffisiyentidan katta bo’lsa, lazerda turg’un generatsiya boshlanadi va u kogerent elektromagnit tebra-nishlarni tarqata boshlaydi.
Lazerdan chiqayotgan nurlanish intensivligi optik rezonator ichida chiqish ko’zgusi tomon tarqalayotgan fotonlar zichligi chiqish ko’zgusining o’tkazish koeffisiyentiga bog’liq bo’ladi va quyidagi
Ih0npc2 (1.2.3)
ifoda bilan aniqlanadi.
Nurlanish I intensivligini (1.2.2) va faol muhitning kuchaytirishi K koeffisiyentini (1.15) fotonlar zichligi bilan bog’lovchi ifodalarni e’tiborga olib (1.2.4) ifodani quyidagi
ko’rinishiga keltirish mumkin. Faol muhitning turg’un holatdagi K kuchaytirish koffisiyentini chegaraviy kuchaytirish KR koeffisiyentiga teng bo’ladi va (1.2.5) ifodani e’tiborga olsak quyidagi
(1.2.6)
ifodani olamiz.
Quyidagi 2KChLf ifodaning kichik qiymatlarida (ya’ni yexr2KChLf12KChLf bo’lganda) (1.2.5) formula soddalashadi va quyidagi
(1.2.7)
ko’rinishga keladi.
Yuqoridagi (1.2.8) va (1.2.9) ifodalardan ko’rinib turibdiki, () kattalikning kichik qiymatlarida lazerdan chiqayotgan nurlanishning intensivligi chiqish ko’zgusining o’tkazish koeffisiyenti ortgan sari chiziqli ravishda o’sib boradi va kattalikning () shartni bajargan qiymatlarida esa ning qiymati ortgan sari kamayib boradi. Shunday qilib, lazer nurlanishining quvvati nuqtai nazardan chiqish ko’zgusini o’tkazish koeffisiyentining optimal opt qiymati bor va bu qiymatda lazerdan chiqayotgan nurlanishining quvvati maksimal bo’ladi. Umumiy holda opt ning qiymati raqamli usulda hisoblab topiladi. Xususan kuchaytirish kuchsiz bo’lganda, ya’ni 2KchLf1 va exp (2KrLf)12KchLf da opt ning qiymati hisoblab topish uchun analitik ifoda olish mumkin. Buning uchun I ni nolga tenglaymiz va quyidagi
kvadratik tenglamani yechib chiqish ko’zgusini optimal o’tkazish koeffisiyentini aniqlashimiz mumkin.
Optik rezonator chiqish ko’zgusining optimal o’tkazish koeffisiyenti
(1.2.10)
ifoda orqali aniqlanadi
1.2 UZLUKSIZ ISHLOVCHI GELIY-NEON LAZERI Geliy-neon lazeri gazli lazerlar majmuasiga kiradi. Geliy-neon gaz aralashmasi to’ldirilgan gazorazryadli nay lazerning asosiy qismi bo’lib xizmat qiladi (1.2.2-rasm).Gazli razryad nayining ichki diametri bir necha mm dan 1 sm gacha, uzunligi esa bir necha sm dan bir necha metrgacha bo’lishi mumkin. Faol muhit sifatida neon gazi olinib, yordamchi gaz sifatida unga geliy gazi qo’shiladi va ularning nisbati taxminan 1:7 munosabat olinib, gaz razryad nayi kerakli bosimlarda (1,3 mm sm. ust. teng bosimlarda) to’ldiriladi. Razryad nayining ichida yoki tashqarisida 1.2.2-rasmda ko’rsatilgandek tsilindrik yoki tasmali elektrodlar joylashtiriladi va ular mos holda doimiy tokli yoki ko’ndalang yuqori chastotali razryad hosil qilishi uchun xizmat qiladi.
Geliy va neon aralashmali muhitdagi jarayonni tahlil qilish uchun, geliy va neon atomlarining elektron energetik sathlari diagrammasidan foydalanamiz. (1.2.1-rasm).
Geliy yordamchi gaz bo’lib, ikkinchi tur to’qnashishlar yordamida neon ishchi energetik sathlarini neon atomlari bilan to’ldirishga yordamlashadi. Geliy atomlarining o’zi erkin elektronlar bilan to’qnashganda yuqori energetik sathlarga chiqadi. Geliy atomining bu yuqori sathlardagi yashash vaqti 10-3 s va bu sathlar energiyasi neon atomining 2S va 3S sathlarining energiyalariga yaqin. Bu holda yuqori energetik sathdagi geliy atomlari pastki sathda joylashgan neon atomlari bilan noelastik (rezonans) to’qnashib uni yuqorigi 2S va 3S ishchi sathlarga chiqaradi. Geliy atomi 2S sathi va neon atomini 3S sathi energiyalarining farqi 300 sm-1 tartibida bo’ladi. Bu xona temperaturasidagi kT ning qiymatidan bir muncha katta bo’lishiga qaramasdan geliy atomidan neon atomiga energiya uzatish jarayonining intensivligi kuchli kechadi. Shunday qilib, aytish mumkinki, g’alayonlantirilgan geliy atomlari yordamida neon atomlarini g’alayonlantirish uchun, energiya zarralarning o’zaro rezonans to’qnashishi yo’li bilan uzatilar ekan. Tanlash qoidalariga asosan zarralarga S-sathdan p-sathlarga o’tishga ruxsat berilgan.
1.2.1-rasm. Geliy-neon lazeri konstruktsiyasining chizmasi.
1-razryad nayi,2-Bryuster burchagi ostida qo’yilgan shisha
qoplamalar, 3-doimiy tokli razryad olish uchun
o’rnatilgan elektrodlar, 4-razryad nayining ustki ikki
yuzasida uning uzunligi bo’ylab qo’yilgan metall (mis) elektrodlar, 5-yuqorichastota generatori, 6-optik
Rezonator ko’zgulari.
O’tishlarida invers bandlik hosil bo’ladi va lazerning to’rt energetik sathli tuzilishdagi ishlash tamoyiliga mos keladi. Bu jarayon yordamida invers bandlik hosil qilish asosiy hisob-lanishidan tashqari neon atomlari elektronlar bilan to’qnashishda ham g’alayonlantirilgan sathlarga o’tkazilib, invers bandlik hosil qilinishi mumkin. Doimiy tokli razryadli holda razryad tokining katta qiymatlarida neon atomining 1S sathi elektron-neon to’qnashuvi natijasida to’ldiriladi. Shu holda 2p va 3p sathlarning 1S sathdagi neon atomlari bilan zinapoya usulida to’ldirilishi asosiy bo’lib qoladi. Bu hol invers bandlikning kamayishiga hamda generatsiyaning yo’qolishiga olib keladi.
Bu holda neon atomining nurlanishi 2S2p va 3S3P sathlardagi o’tishlariga to’g’ri keladi. Bu jarayonlarni quyidagi
e Ne (1S) Ne (2p) ye
e Ne (2S) Ne (3p) ye (1.2.11)
ifodalar ko’rinishida belgilash mumkin.
Tarixan, birinchi bo’lib, 2S2p energetik o’tishlarida lazer generatsiyasi olingan. Hozirgi paytda, sanoatda ishlab chiqilgan lazerlarda uch xil o’tishlarda generatsiya olingan bo’lib, ularda generatsiya olish shart-sharoitlari taxminan bir xil (gaz aralashmasi bosimi, razryad tokining qiymati) va nurlanish quvvatining razryad parametrlariga bog’liqligi ham bir xil. bo’ladi. Yuqorida ko’rsatilgan o’tishlarda kuchaytirish quyidagicha bo’ladi:
1 3,39 mkm ..........................20 dbm-gacha
2 1,15 mkm ........................ 10-12 % bir metrda
3 0,63 mkm .......................... 4-6 % bir metrda
1.2.2-rasm. Geliy va neon atomlarining elektron energetik
S2thlari diagrammalari. Rasmda quyidagi a) 1 3,39
mkm, b) 2 0,63 mkm, s) 3 1,15 mkm. generatsion
o’tishlar ko’rsatilgan.
Geliy Neon
To’lqin uzunligi 1 3,39 mkm nurlanish berish imkoniyatiga ega bo’lgan energetik sath neon atomlari bilan tez va oson to’ldiriladi. Lazer generatsiyasi bu holda gaz razryadining parametrlari keng o’zgarish oralig’ida ro’y beradi. To’lqin uzunligi 0,63 mkm nurlanish generatsiyasini olish murakkabroq, lekin bu nurlanish elektromagnit to’lqin diapozonining ko’zga ko’rinadigan diapazonida bo’lgani va foto qabulqilgich qurilmasining eng katta sezgirlik sohasida yotgani uchun neon lazerlari ko’p ishlab chiqariladi va xalq xo’jaligining turli sohalarida ishlatiladi. Nurlanish chizig’i enining kengligini quyidagi uch jarayon belgilay-di.
1. To’qnashuvlar. Geliy-neon lazerlaridagi gaz aralash-masining bosimi P66 Pa va temperaturasi xona temperaturasiga teng bo’lganda zarralarning to’qnashish davri 00,510-6 s bo’lib, nurlanish chizig’i enining kengligi
t 0,64 MGts (1.2.12)
bo’ladi.
2. Tabiy kengayish. Bu holda nurlanish chizig’i enining kengayishi zarraning spontan nurlanishiga bog’liq bo’lib, uning kengligi
tab 19 MGts (1.2.13)
bo’ladi.
Bu yerda cn-1 s-1 p-1
s, r elektronning mos ravishda S va P sathlarda yashash vaqtlari.
3. Dopler kengayishi. Zarralarning issiqlik harakatidagi tezliklari bilan bog’liq bo’lgan nurlanish chizig’i enining kengayishi Kelvin shkalasi bo’yicha 300K uchun mos ravishda:
d 1700 MGts ( 1 0,63 mkm);
d 800 MGts (2 1,15 mkm); (1.2.14)
d 300 Mgts (3 3,39 mkm).
Shunday qilib, geliy-neon lazeri nurlanishi uchun Doppler kengayishi asosiy kengayish bo’ladi.
Geliy-neon lazerida invers bandlikning hosil bo’lishi va uning relaksatsiyasi (ya’ni buzilishi) murakkab jarayon bo’lgani uchun optimal ishchi parametrlarga ega bo’ladi:
1. Neon gazining optimal (13 Pa) bosimi va geliy atomlari konsentratsiyasining neon atomlari konsentratsiyasiga nisbati:
Geliy atomlari konsentratsiyasi neon atomlari kontsentra-tsiyasidan ko’p bo’lishi kerak. Tajribalardan topilgan optimal nisbat razryad nayi diametriga bog’liq bo’lib, lazer nurlanishining quvvati maksimal bo’lishi uchun 5:1 dan 10:1 nisbatgacha bo’ladi. Katta qiymatli nisbatlar kichik diametrli razryad nayiga mansub. Neon gazining optimal bosimi bo’lishi, gaz konsentratsiyasining ortishi natijasida neon atomining pastki energetik sathlarini zinopoya usulida to’ldirilishi sabab bo’lishi mumkin.
2. Razryad nayining optimal diametri. Razryad nayining devorlarida neon atomi 1S sathdagi energiyasini berib asosiy sathga tushadi va shuning uchun razryad nayining diametrini kichraytirish zarur. Boshqa tomondan razryad nayining diametrini kichraytirish nurlanish tarqalishida difraktsion yo’qotishlarning ortib ketishiga olib keladi. Shuning uchun tajribada razryad nayining diametri gaz bosimiga qarab 1-5 mm atrofida olinadi.
Tajribalardan geliy-neon lazeri uchun quyidagi
Rd const
“o’xshashlik" qonuni topilgan. Bu yerda R– gaz aralashmasining yig’indi bosimi; d –nayining diametri. O’xshashlik qonunining ma’nosi shundan iboratki turli diametrli razryad nayi uchun gaz aralashmasining shunday bosimini olish mumkinki, bu holda lazer nurlanishining solishtirma xarakteristikalari bir xil bo’ladi.
Tajribalar natijasida gaz aralashmasi bosimini razryad nayi diametriga bo’lgan ko’paytmasining optimal qiymati, geliy-neon lazerlarida 0,44-0,53 mPa oralig’ida bo’lishi topilgan.
3. Razryad tokining optimal zichligi. Razryad toki zichligining optimallashtirishning sababi, bu neon atomining pastki energetik sathlarini elektronlar bilan to’ldirilishidir. Bu jarayon invers bandlikni pasayishiga va natijada generatsiyaning yo’qolishiga olib keladi. Lazer nurlanishining quvvati razryad tokining kichik qiymatlarida unga chiziqli ravishda bog’langan, tokining ma’lum bir qiymatida nurlanish quvvati maksimumga erishadi, so’ngra razryad toki qiymati oshishi bilan pasayib ketadi. Sanoatda ishlab chiqilgan geliy-neon lazerlarda razryad nayining uzunligiga qarab, elektr tokining optimal qiymati 5-50 mA atrofida bo’ladi.
To’lqin uzunliklari 0,63 va 3,39 mkm bo’lgan nurlanishli o’tishlar uchun 3S yuqorigi ishchi sath bo’lsa, to’lqin uzunliklari 0,63 va 1,15 mkm bo’lgan nurlanishli o’tishlar uchun 2p umumiy pastki sath bo’lib xizmat qiladi. Bir vaqtning o’zida bu juft nurlanishlarining ro’y berishi neon atomlarining energetik sathlarda taqsimotining buzilishiga olib keladi va invers bandlikni kamaytiradi. Bu hodisa o’tishlarning konkurentsiyasi deyiladi. Amaliyotda bularni yo’qotish uchun quyidagi usullar ishlatiladi:
1.Energetik sathlarning magnit maydon ta’sirida ajralishi (Zeyeman effekti). Har bir spektral chiziq ikkilanadi. Ajralgan komponentalar qarama-qarshi yo’nalishli doiraviy qutblanishga ega. To’lqin uzunligi 3,39 mkm bo’lgan nurlanish uchun sathlarning ajralishi katta bo’lsa, 0,63 mkm to’lqin uzunlikli nurlanish uchun kichik bo’ladi. Shuning uchun 3,39 mkm nurlanish Bryuster burchagi ostidagi qo’yilgan shisha oynalarda ko’proq yutiladi va to’lqin uzunlikda generatsiya bo’lmaydi;
2. Optik rezonatorlarni tayyorlashda 3,39 mkm to’lqin uzunlikdagi nurlanishni ko’proq yutuvchi moddalardan (S–52–2; LK–4 va shunga o’xshash shishalardan) yasaladi;
3. Optik rezonator ichida 3,39 mkm to’lqin uzunlikli nurlanishni ko’proq yutuvchi metal gazi to’ldirilgan g’ovak idish joylashtiriladi.
|
| |
